超材料单元结构体设计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了超材料单元结构体设计方法和装置，该方法包括：a、CPU设置超材料单元结构体的初始样本；b、CPU将初始样本复制到GPU中；c、GPU改变复制的N个样本获得N个转移样本；d、GPU调用内核函数计算转移样本的适应度；e、GPU根据适应度判断是否有符合设计要求的样本，若GPU判断结果为是则转步骤f，否则转步骤g；f、将符合设计要求的样本确定为设计样本复制到CPU中，并结束设计流程；g、按照适应度对N个转移样本进行排序，获得n个转移样本；h、GPU将n个转移样本复制到CPU中；i、CPU将n个转移样本复制为复制样本并保存在GPU中，并转步骤c，直至获得符合目标超材料单元结构体设计要求的样本。采用本发明专利技术，可以提高超材料单元结构体设计的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料单元结构体设计方法和装置。
技术介绍
超材料技术是一个前沿性交叉科技，其设计的
包括了电磁、微波、太赫兹、光子、先进的工程设计体系、通信、半导体等范畴。其核心思想是利用复杂的人造微结构设计与加工实现人造“原子”以对电磁场或者声纳进行响应。其核心理论是描述电磁波轨迹与超材料特性的变形光学。该技术的一大核心难点在于如何建模设计成千上万个相互不同的人造复杂微结构并按照合理的排布组成一个具有特殊功能性的超材料器件。这对建模、计算、理论分析、设计、调试都带来了极大的困难。在超材料设计领域，由于超材料单元结构的复杂响应和实验设计采样点有限，故传统参数模型难以拟合其响应曲面，无法实现精确的建模，造成了超材料自动化设计的瓶颈。由于超材料所提供的特殊功能，这都是取决于它异常复杂的单元结构，一种超材料可能包含多个结构参数Pi,其电磁响应参数同样是多维，每改变一个结构参数Pi都将改变其最终的电磁响应特性，如何寻找超材料单元结构体的最佳结构参数，使它的电磁响应特性符合超材料的电磁响应的目标特性，是全球科研人员一直在努力探索的。传统的超材料单元结构体设计方法是，通过手动的逐一的改变单元结构体的结构参数，测试某一频率的电磁波通过该结构体后的响应特性，并与目标的响应特性进行对比，如此不断循环，最终找到与目标电磁响应特性最为相近的单元结构体属性参数。如图1所示，通过手动的逐一的改变单元结构体属性参数，测试某一频率的电磁波通过该结构体后的响应特性，并与目标响应特性进行对比，直至找到与目标电磁响应特性最为相近的单元结构体属性参数为止。由图1可看出调整单元 结构体参数是一项非常耗时的步骤，为了达到超材料设计的超高要求和特殊的电磁响应特性，单元结构体参数的微调单位可能达到毫米级，甚至微米级、纳米级，其工作量可想而知。如要设计某一频率&下某种电磁响应的超材料单元结构体，该电磁响应特性可能是二维曲线的，也可能是多维曲面或多维空间，其电磁响应特性函数简单表示为G(a，b，c，…)，同时超材料的单元结构参数也是多维的，如:长、宽、厚度、介电常数、材料材质等，表示为Pi,其中i表示参数的个数。要设计符合响应特性函数G的超材料单元结构体的具体设计步骤如下所述:第一步:根据经验设置某单元结构的属性参数Pi ；第二步:使用某一频率&测试该单元结构体的电磁响应特性函数G'；第三步:比较其电磁响应函数G'与目标电磁响应函数G是否相近；第四步:逐步调整单元结构体属性参数Pi,直到其电磁响应函数G'与目标电磁响应函数G相同或相近为止。如图2所示，为一维电磁响应函数图，在频率为&时，其电磁响应为Gi，超材料的目的正是通过设计某种特殊的单元结构体，使电磁波通过该材料时，出现相同的目标电磁响应特性，简单来说就是，通过调整单元结构体的属性参数寻找最接近电磁响应特性Gi的过程。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种超材料单元结构体设计方法和装置。可以提高超材料单元结构体设计的效率。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种超材料单元结构体设计方法，包括:a、CPU设置超材料单元结构体的初始样本，所述初始样本包括体现超材料单元结构体的结构的多个结构参数；b、CPU将所述初始样本复制为N个复制样本并保存在GPU中，N为自然数；c、GPU改变所述N个复制样本的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本；d、GPU调用内核函数计算所述转移样本的适应度，所述适应度表征所述N个转移样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性相比的距离；e、GPU根据所述适应度判断所述转移样本中是否有符合目标超材料单元结构体设计要求的样本；f、若GPU判断结果为是，则将该符合目标超材料单元结构体设计要求的样本确定为设计样本复制到CPU中，并结束流程；g、若GPU判断结果为否，则按照所述适应度对所述N个转移样本进行排序，获得适应度中表征所述距离最小的η个转移样本，η为小于N的自然数；h、GPU将所述η个转移样本复制到CPU中；1、CPU将所述η个转移样本复制为复制样本并保存在GPU中，并对复制样本从步骤c开始顺序执行各步骤，直至获得符合目标超材料单元结构体设计要求的样本。相应地，本专利技术实施例还提供了一种超材料单元结构体设计装置，包括CPU和GPU,所述CPU包括:设置单元，用于设置超材料单元结构体的初始样本，所述初始样本包括体现超材料单元结构体的结构的多个结构参数；CPU复制单元，用于将所述初始样本复制为N个复制样本并保存在GPU中，N为自然数；所述GPU包括:转移样本获取单元，用于当CPU复制单元将样本复制来后，改变所述N个复制样本的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本；适应度计算单元，用于调用内核函数计算所述转移样本的适应度，所述适应度表征所述N个转移样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性相比的距离；目标判断单元，用于根据所述适应度判断所述转移样本中是否有符合目标超材料单元结构体设计要求的样本；判断结果处理单元，用于当所述目标判断单元的判断结果为是时，则将该符合目标超材料单元结构体设计要求的样本确定为设计样本复制到CPU中，并结束设计流程；当所述目标判断单元的判断结果为否时，则按照所述适应度对所述N个转移样本进行排序，获得适应度中表征所述距离最小的η个转移样本，η为小于N的自然数；GPU复制单元，用于将所述η个转移样本复制到CPU中；其中，所述CPU复制单元还用于将所述η个转移样本复制为复制样本并保存在GPU中，并启动GPU的各单元重新开始顺序执行功能，直至获得符合目标超材料单元结构体设计要求的样本。在本专利技术实施例中，通过CPU和GPU采用了样本滤波的方式查找最优的单元结构设计参数，CPU和GPU并行处理，并充分利用了 GPU的高速处理性能，极大的提高了超材料设计的效率。 附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有的通过手动的逐一的改变单元结构体属性参数设计单元结构体参数的过程示意图；图2是一维电磁响应函数图示意图；图3是本专利技术实施例中的超材料单元结构体设计方法的一个具体流程示意图；图4是本专利技术实施例中的超材料单元结构体设计装置的一个具体流程示意图；图5是本专利技术实施例中的超材料单元结构体设计方法的第二个具体流程示意图；图6是本专利技术实施例中的超材料单元结构体设计方法的第三个具体流程示意图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提出了一种样本滤波算法查找最优单元结构设计参数的方法，极大的提高了超材料设计的效率。本专利技术实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料单元结构体设计方法，其特征在于，所述方法包括：a、CPU设置超材料单元结构体的初始样本，所述初始样本包括体现超材料单元结构体的结构的多个结构参数；b、CPU将所述初始样本复制为N个复制样本并保存在GPU中，N为自然数；c、GPU改变所述N个复制样本的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本；d、GPU调用内核函数计算所述转移样本的适应度，所述适应度表征所述N个转移样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性相比的距离；e、GPU根据所述适应度判断所述转移样本中是否有符合目标超材料单元结构体设计要求的样本，若GPU判断结果为是则转步骤f，否则转步骤g；f、将该符合目标超材料单元结构体设计要求的样本确定为设计样本复制到CPU中，并结束设计流程；g、按照所述适应度对所述N个转移样本进行排序，获得适应度中表征所述距离最小的n个转移样本，n为小于N的自然数；h、GPU将所述n个转移样本复制到CPU中；i、CPU将所述n个转移样本复制为复制样本并保存在GPU中，并对复制样本从步骤c开始顺序执行各步骤，直至获得符合目标超材料单元结构体设计要求的样本。...

【技术特征摘要】
1.种超材料单元结构体设计方法，其特征在于，所述方法包括: a、CPU设置超材料单元结构体的初始样本,所述初始样本包括体现超材料单元结构体的结构的多个结构参数； b、CPU将所述初始样本复制为N个复制样本并保存在GPU中，N为自然数； c、GPU改变所述N个复制样本的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本； d、GPU调用内核函数计算所述转移样本的适应度，所述适应度表征所述N个转移样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性相比的距离； e、GPU根据所述适应度判断所述转移样本中是否有符合目标超材料单元结构体设计要求的样本，若GPU判断结果为是则转步骤f，否则转步骤g ； f、将该符合目标超材料单元结构体设计要求的样本确定为设计样本复制到CPU中，并结束设计流程； g、按照所述适应度对所述N个转移样本进行排序，获得适应度中表征所述距离最小的η个转移样本，η为小于N的自然数； h、GPU将所述η个转移样本复制到CPU中；PU将所述η个转移样本复制为复制样本并保存在GPU中，并对复制样本从步骤C开始顺序执行各步骤，直至获 得符合目标超材料单元结构体设计要求的样本。2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b之前还包括: bO、GPU申请存储N个复制样本的内存空间。3.权利要求2所述的方法,其特征在于，在步骤bO中通过cudaMalloc在GPU显存中开辟N个复制样本的存储空间,在步骤b中通过cudaMemcpy复制CPU的初始样本的数据至GPU,在步骤h中通过cudaMemcpy复制GPU的转移样本的数据至CPU,在步骤i中通过cudaMemcpy复制CPU的转移样本的数据至GPU。4.权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤c包括:GPU按照转移函数改变所述N个复制样本的结构参数值，获得N个转移样本，所述转移函数定义如下: K =I randn| (ppbset -xlk)+\ Randn| (pgbset -χ[) χ\+ι =K+vI 其中，4表示复制样本K1表示复制样本i的一个转移样本，Ppbset表示当前复制样本所获得的转移样本中最接近目标样本的样本，Pgbsrt表示所有复制样本所获得的转移样本中最接近目标样本的样本，randn和| Randn |是根据正高斯分布产生的随机数。5.权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤d包括:GPU调用内核函数按照适应度函数计算所述转移样本的适应度，所述适应度函数定义如下:Tltness = exp[-T^(^ ew -Zpred)] 其中，Rk是量测噪声方差，Znew是转移样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性的量测值；Zpred是目标样本所表示的超材料单元结构体的电磁响应特性的预测量测值。6.权利要求5所述的方法，其特征在于，η= Ν/2。7.种超材料单元结构体设计装置，其特征在于，所述装置包括CPU和GPU， 所述CPU包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，刘斌，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，
类型：发明
国别省市：